直流电动机脉宽调速控制系统的设计.docx

课题名称直流电动机脉宽调速系

统设计及实现

专业电气工程及其自动化

班 级电气①班

学生姓名夏禹一

学 号46~

指导教师吴生彪

设计原理

脉宽调制技术是利用数字输出对模拟电路进行控制的一种有效技术，尤其是在对电机的转速控制方面，可大大节省能量，PWM控制技术的理论基础为：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。

直流电动机的转速n和其他参量的关系可表示为

n-UL产R

（1）C中

（1）

e

式中Ua——电枢供电电压（V）；

Ia——电枢电流（A）；中——励磁磁通（Wb）；

Ra——电枢回路总电阻（Q）；

CE——电势系数，，p为电磁对数，a为电枢并联支路数，N为导体数。由式（1）可以看出，式中Ua、Ra、中三个参量都可以成为变量，只要改变其中一个参量，就可以改变电动机的转速，所以直流电动机有三种基本调速方法:⑴改变电枢回路总电阻Ra；；（2）改变电枢供电电压Ua；（3）改变励磁磁通中

基本原理

脉冲宽度调制(PWM)是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有(ON)，要么完全无(OFF)。电压或电流源是以一种通(ON)或断(OFF)的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM进行编码。简而言之，就是用改变电机电枢(定子)电压的接通和断开的时间比(占空比)来控制马达的速度，在脉宽调速系统中，当电机通电时，其速度增加；电机断电时，其速度减低。只要按照一定的规律改变通、断电的时间，即可使电机的速度达到并保持一稳定值。

3.直流电机PWM调速基本原理

PWM方式是在大功率开关晶体管的基极上，加上脉冲宽度可调的方波电压，控制开关管的导通时间t，改变占空比，达到控制目的。图1是直流PWM系统原理框图。这是一个双闭环系统，有电流环和速度环。在此系统中有两个调节器，分别调节转速和电流，二者之间实行串级连接，即以转速调节器的输出作为电流调节器的输入，再用电流调节器的输出作为PWM的控制电压。核心部分是脉冲功率放大器和脉宽调制器。控制部分采用SG1525(脉宽调制芯片SG1525具有欠压锁定、故障关闭和软起动等功能，因而在中小功率电源和电机调速等方面应用较广泛。SG1525是电压型控制芯片，利用电压反馈的方法控制PWM信号的占空比，整个电路成为双极点系统的控制问题，简化了补偿网络的设计。)集成控制器产生两路互补的PWM脉冲波形，通过调节这两路波形的宽度来控制H电路中的GTR通断时间，便能够实现对电机速度的控制。为了获得良好的动、静态品质，调节器采用PI调节器并对系统进行了校正。检测部分中，采用了霍尔片式电流检测装置对电流环进行检测，转速还则是采用了测速电机进行检测，能达到比较理想的检测效果。

图1直流电动机PWM系统原理图

二：方案选择及论证

1方案选择

改变电枢回路电I阻调速

可以通过改变电枢回路电阻来调速，此时转速特性公式为

n=U-【I（R+Rw）】/Ke① （2）

式中Rw为电枢回路中的外接电阻（Q）。

当负载一定时，随着串入的外接电阻Rw的增大，电枢回路总电阻R=（Ra+Rw）增大，电动机转速就降低。Rw的改变可用接触器或主令开关切换来实现。

这种调速方法为有级调速，转速变化率大，轻载下很难得到低速，效率低，故现在这种调速方法已极少采用，本次设计不采用。

改变励磁电流调速

当电枢电压恒定时，改变电动机的励磁电流也能实现调速。由式1-1可看出，电动机的转速与磁通中（也就是励磁电流）成反比，即当磁通减小时，转速「升高；反之，则n降低。与此同时，由于电动机的转矩Te是磁通中和电枢电流Ia的乘积（即Te=CT①Ia），电枢电流不变时，随着磁通中的减小，其转速升高，转矩也会相应地减小。所以，在这种调速方法中，随着电动机磁通中的减小，其转矩升高，转矩也会相应地降低。在额定电压和额定电流下，不同转速时，电动

机始终可以输出额定功率，因此这种调速方法称为恒功率调速。

为了使电动机的容量能得到充分利用，通常只是在电动机基速以上调速时才采用这种调速方法。本次设计不采用。

采用PWM控制的调速方法

图2为PWM降压斩波器的原理电路及输出电压波形。在图2a中，假定晶体

管V1先导通T1，秒（忽略V1的管压降，这期间